[分享]紫外光栅偏振片的参数优化 [复制链接]

案例315（3.1） {9TWPB/>  
n<MMO=+bg  
该应用案例说明了两个不同紫外光谱偏振片的参数优化，紫外偏振片具有亚波长线栅结构。两个系统具有不同的功能，如193nm工作波长和以及在期望光谱范围内效率的一致性。 'G6TSl  
3_=~7B) 8  
1. 线栅偏振片的原理 J5LP#o(V  
GF~^-5  
2. 建模任务 3{_AzL  

PpMZ-f@  
m1_?x
U  
 全部透射光线的严格仿真和结构参数的优化。 $w%oLI@kl  
 偏振元件的重要特性： ,oe e'  
 偏振对比度 U`q[5U"  
 透射率 E%eao$  
 效率一致性 bHlG(1uf  
 线格结构的应用(金属) EQPZV K/  
hZnT`!iFE^  
3. 建模任务： +C7 1".i-  
992;~lBu  
4. 建模任务：仿真参数 b3b 4'l   
5_Yv>tx  
偏振片#1: bGRI^ [8#+  
 偏振对比度不小于50@193nm波长 Qu]0BVIe  
 高透过率(最大化) s#w+^Mw$  
 光栅周期：100nm(根据加工工艺) Ku LZg  
 光栅材料：钨(适用于紫外波段) zF/}s_><*  
偏振片#2: Ff>Y<7CQ v  
 偏振对比度不小于50@300—400nm波段范围内 Gb61X6  
 在波长范围内具有5%一致性的高透过率 jIE>t5 fy  
 光栅周期：100nm K-wjQ|*1  
 光栅材料：钨 ~J2-B2S!  
Z_' %'&Y  
5. 偏振片特性 o^RdVSkU;  
n ! qm  
 偏振对比度：(要求至少50:1) cb&y8!ci~  
uuj"Er31  
x$CpUy{6  
oSNB\G<  
 一致性误差，如Ex的透射(在要求波长范围内不超过5%) ..FUg"sSO  
3iYz<M  
[2w3c4K  
pALB[;9g  
6. 二维光栅结构的建模 |PH]0.m5  

^a; V-US  
Te'^O,C)y$  
 该案例使用一般二维光栅工具，该工具嵌入在VirtualLab光栅工具箱。 j-gLX  
 通过使用该功能可处理不同类型的光栅形状。 {#QFDA  
 通过一个矩形光栅结构来模拟紫外线栅偏振片。 3FUZTX]Q1  
9?D7"P+  
mXc/sh")X  
)I]E%ut{4,  
7. 偏振敏感光栅的分析 'G(N,vu[@  

:&yRvu  
 可通过“偏振分析器”对偏振敏感光栅进行分析，该工具是VirtualLab光栅工具箱的一部分。 1ISA^< M  
 偏振片最重要的几个特性可直接进行选择(如偏振度、透射率和反射率) }#!o^B8  
 此外，分析器提供了许多选项。如波长变化和入射角。 CW\o>yh  
8. 利用参数优化器进行优化 _WK+BxH  

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ky<  

yE9JMi0  
 利用VirtualLab参数优化器可根据给定的评价函数轻松地对结构参数进行优化。 #!#V!^ o  
 如要求的效率和偏振对比度等，可在优化结构参数中找到。 R'dF<&Kj|  
 在该案例种，提出两个不同的目标： k6JB%m\E  
 #1:最佳的优化函数@193nm t{~"vD9Am  
 #2:在300nm至400nm间一致性优化函数 } Q1$v~  
vzi=[A  
9. 优化@193nm QN_5q5  
\(T;@r  
 初始参数： 7vr)JT=  
 光栅高度：80nm 'IfM~9'D  
 占空比：40% ;ok];4`a  
 参数范围： ?[!.TU?4N  
 光栅高度：50nm—150nm o*p7/KvoT  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) |<y[gj4`T/  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。 2IjqTL  
5mSXf"R^  
 根据需要的评价函数，可以选择不同的约束类型。 1<\cMY6  
 通过改变参数的权重，以保证此参数在优化过程中能够得到优先优化。 9}}D -&Mc  
 “贡献值”一栏表示的该权重值下参数的优先权。 {h9#JMIA  
 在该案例中，权重选择如图所示，因此贡献值相同。 LV8,nTYvE  
o\|dm."f  
10. 优化@193nm结果 n
t;A7p
I`  
0?p_|X'_  
 优化结果： -HoPECe  
 光栅高度：124.2nm pbqa  
 占空比：31.6% W@wT,yJ8@  
 Ex透过率：43.1% X0vkdNgW  
 偏振度：50.0 ,?&hqM\  
优化后的偏振片满足所需的光学功能，并达到给定的技术要求。 CKh-+8j  
44%:
:Oh  
 得到的光栅结构表现出与在193nm波长下相适应的特性，对于所使用的波长(紫外或极紫外)来说这是极具挑战性的。 Y}1|/6eJ  
 由于在小于300nm波长时材料参数的变化，透射表现出较差的一致性。 Z?nMt  
 因此，在第二个步中，将偏振片在特定的光谱范围内进行一致性优化。 )%^oR5W  
`n^jU92  
11. 300nm到400nm波长范围的优化 }1R k]$XC  
uaU!V4-  
$%1[<}<  
 初始参数： 6bb=;  
 光栅高度：80nm ke3=s  
 占空比：40% 8:s3Q`O  
 参数范围： Q;5\(
0w5  
 光栅高度：50nm—150nm 
|d%Dw^  
 占空比：20%—50%(与20nm—50nm的脊高相一致) W;KHLHp-  
 评价函数：偏振度目标值为50，要求Ex (TM) 透过率不低于40%。此外，透射一致性偏差不超过5% _&F6As !{  
gVG :z_6  
 优化结果： <EBp X  
 光栅高度：101.8nm H[>_LYZ8  
 占空比：20.9% }1_gemlf  
 Ex一致性透过率：5%（300nm到400nm之间） i(c2NPbX  
 偏振对比度：50.0 MH !CzV&  
优化后的偏振片满足所需的光学功能，并达到给定的技术要求，尤其是Ex 偏振光的透射一致性。 5lU`o  
6eS#L21*  
12. 结论 B1Lnu
B%  
qbP[ 9  
 应用的偏振分析器可以评价偏振光栅与波长和角度的关系。(同样适用于极紫外光谱范围) hlUF9
}  
 VirtualLab参数优化工具箱提供了不同的优化方式，用以改善提高光学元件的性能 ,%KB\;1mn'  
(如Downhill-Simplex-algorithm) '|]zBpz  
 通过选择合适的评价函数(包括参数权重)可使优化更加合理化，并满足独立的要求。 &UzZE17R  
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QQ：2987619807 Kjf#uU.7